后3G時代的LTE技術(shù)介紹

摘要　介紹了下一代無線網(wǎng)絡(luò)LTE(Long Term Evolution，長期演進)的背景和發(fā)展狀況。分析了LTE的技術(shù)特征，闡述了LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與核心技術(shù)，并通過與WiFi(WirelessFidelity)及Wimax(World wide Inter operability for Microwave Access)的各項性能作比較，著重分析了LTE的技術(shù)優(yōu)勢。較后，指出了LTE在個人通信市場所面臨的應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)。

1、引言

隨著個人通信技術(shù)在20多年中不斷發(fā)展成熟，人們在生活中對無線通信的依賴越來越強，目前，全球的移動語音用戶已超過了18億[1]。同時，眾多的使用者也對個人通信技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求：通信設(shè)備的微型化、低功耗、高帶寬、快速接入和多媒體化。而較關(guān)鍵的是能被廣大用戶負擔得起的廉價終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

雖然3G網(wǎng)絡(luò)的無線性能已經(jīng)得到了較大的提高，但由于IPR的制約，應(yīng)對市場的挑戰(zhàn)和滿足用戶需求等領(lǐng)域還是有很多局限性。同時，昂貴的授權(quán)費用也制約了3G技術(shù)的發(fā)展，因而受到了技術(shù)簡單、價格低廉的WiFi和Wimax的強烈挑戰(zhàn)。用戶的需求和市場的挑

戰(zhàn)迫切需要傳輸速率更快、時延更短、頻帶更寬以及運營成本更少的網(wǎng)絡(luò)誕生。

2、LTE項目內(nèi)容介紹

LTE項目是3G的演進，它改進并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。

2.1　LTE的主要技術(shù)特征

3GPP從“系統(tǒng)性能要求”、“網(wǎng)絡(luò)的部署場景”、“網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”、“業(yè)務(wù)支持能力”等方面對LTE進行了詳細的描述。與3G相比，LTE具有如下技術(shù)特征[2][3]：

(1)通信速率有了提高，下行峰值速率為100Mbps、上行為50Mbps。

(2)提高了頻譜效率，下行鏈路5(bit/s)/Hz，(3--4倍于R6 HSDPA);上行鏈路2.5(bit/s)/Hz，是R6 HSU-PA2--3倍。

(3)以分組域業(yè)務(wù)為主要目標，系統(tǒng)在整體架構(gòu)上將基于分組交換。

(4)QoS保證，通過系統(tǒng)設(shè)計和嚴格的QoS機制，保證實時業(yè)務(wù)(如VoIP)的服務(wù)質(zhì)量。

(5)系統(tǒng)部署靈活，能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬，并支持“paired”和“unpaired”的頻譜分配。保證了將來在系統(tǒng)部署上的靈活性。

(6)降低無線網(wǎng)絡(luò)時延：子幀長度0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問題并降低了網(wǎng)絡(luò)時延，時延可達U-plan<5ms，C-plan<100ms。

(7)增加了小區(qū)邊界比特速率，在保持目前基站位置不變的情況下增加小區(qū)邊界比特速率。如MBMS(多媒體廣播和組播業(yè)務(wù))在小區(qū)邊界可提供1bit/s/Hz的數(shù)據(jù)速率。

(8)強調(diào)向下兼容，支持已有的3G系統(tǒng)和非3GPP規(guī)范系統(tǒng)的協(xié)同運作。

與3G相比，LTE更具技術(shù)優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在：高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。

2.2　LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和核心技術(shù)

3GPP對LTE項目的工作大體分為兩個時間段：2005年3月到2006年6月為SI(Study Item)階段，完成可行性研究報告;2006年6月到2007年6月為WI(Work Item)階段，完成核心技術(shù)的規(guī)范工作。在2007年中期完成LTE相關(guān)標準制定(3GPP R7)，在2008年或2009年推出商用產(chǎn)品。就目前的進展來看，發(fā)展比計劃滯后了大概3個月[1]，但經(jīng)過3GPP組織的努力，LTE的系統(tǒng)框架大部分已經(jīng)完成。

圖　LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議結(jié)構(gòu)

LTE采用由Node B構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于簡化網(wǎng)絡(luò)和減小延遲，實現(xiàn)了低時延，低復雜度和低成本的要求。與傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)相比，LTE減少了RNC節(jié)點。名義上LTE是對3G的演進，但事實上它對3GPP的整個體系架構(gòu)作了革命性的變革，逐步趨近于典型的IP寬帶網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3GPP初步確定LTE的架構(gòu)如圖1所示，也叫演進型UTRAN結(jié)構(gòu)(E-UTRAN)[3]。接入網(wǎng)主要由演進型Node B(eNB)和接入網(wǎng)關(guān)(aGW)兩部分構(gòu)成。aGW是一個邊界節(jié)點，若將其視為核心網(wǎng)的一部分，則接入網(wǎng)主要由eNB一層構(gòu)成。eNB不僅具有原來Node B的功能外，還能完成原來RNC的大部分功能，包括物理層、MAC層、RRC、調(diào)度、接入控制、承載控制、接入移動性管理和Inter-cellRRM 等。Node B和Node B之間將采用網(wǎng)格(Mesh)方式直接互連，這也是對原有UTRAN結(jié)構(gòu)的重大修改。

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